Relatividad de la simultaneidad

 

En primer lugar, para entender el un poco más los postulados de Einstien, es necesario definir dos fenómenos que pueden ser explicados mediante la teoría relativista, los cuales son imposibles de explicar con los criterios de la física clásica: la simultaneidad de los sucesos y la dilatación del tiempo.

Simultaneidad

Con respecto a la medición de intervalos de tiempo, el principal problema que surge es que “dos sucesos que son simultáneos en un marco de referencia no lo son en un segundo marco que se desplaza con respecto al primer” (Young & Freedman, 2009, p.1272), para explicar este argumento, es necesario realizar un experimento mental

Un tren se desplaza con una rapidez uniforme aproximada a c. en un momento dado, caen dos relámpagos en ambos extremos de un vagón, estos relámpagos dejan marcas en A’ y B’, y en el suelo en los puntos A y B.

Isaac se encuentra en reposo en el suelo en un punto O equidistante entre A y B mientras que Albert se encuentra en el vagón en O’ equidistante entre A’ y B’.

Isaac y Albert pueden observar los destellos luminosos que producen los relámpagos. Analicemos la situación desde el punto de vista de ambos observadores.

¿Qué observa Isaac? Al estar ubicado en O, este observa que los dos frentes de onda (generados por los relámpagos) llegan simultáneamente, debido a que se encuentra en el punto medio entre A y B en el suelo. Por lo tanto, Isaac pude estar seguro que los relámpagos cayeron en el mismo momento.

En este punto, Albert concuerda que los dos frentes de onda llegaron a Isaac al mismo tiempo, sin embargo, discrepa con que los destellos fueran emitidos de forma simultánea.

¿Qué observa Albert en O’? Recordemos que este se desplaza hacia la derecha junto con el vagón, por lo que Albert se encuentra con el frente de onda que proviene de B’ antes que con el frente de onda procedente de A’. Por lo tanto, Albert concluye que el relámpago de B’ cayó primero que el de A’, es decir, para este los sucesos no son simultáneos.

La simultaneidad de los sucesos depende del estado de movimiento que los observadores. Como conclusión, “según el principio de relatividad, ningún marco inercial de referencia es más correcto que cualquier otro para la formulación de leyes físicas” (Young & Freedman, 2009, p. 1273).

 

Dilatación del tiempo

En un marco de referencia específico, Δt₀ es el tiempo, medido por un observador en reposo, que transcurre entre dos sucesos que ocurren en un mismo punto del espacio. Un observador en un segundo marco de referencia, que se mueve a una velocidad u, con respecto al marco de referencia en reposo, mide un intervalo de tiempo Δt entre ambos sucesos. Este intervalo de tiempo Δt se define como

Esta ecuación da resultados razonables cuando u ˂ c, ya que, ningún observador inercial puede viajar a u = c.

El denominador de esta ecuación “siempre es menor que 1; por ello, Δt siempre es mayor que Δt₀ ” (Young & Freedman, 2009, p. 1275). A esto se le conoce como dilatación del tiempo y explica que los observadores perciben que un reloj que se desplaza con respecto a ellos marcha más despacio.